高中物理第四章第6节《互感与自感》教学设计新人教版选修3-2(2)

选修3-2第四章第6节互感和自感

一、教材分析

本节内容是电磁感应现象在技术中的应用，也是学生在认知上对电磁感应规律的进一步巩固与深化。教材对互感部分内容的编写比较简单，在学生熟悉的法拉第的实验中抽象出自感的概念，然后简介其应用和防止，《山东省学科指导意见》中对互感的要求仅局限于“知道互感现象是一种常见的电磁感应现象”，所以课堂应把重心降落在对自感的教学中。但教材对自感的编写顺序是：提出自感概念→演示实验（通电自感）→理论分析→演示实验（断电自感）→理论分析→……按这样的顺序开展教学虽然条理性比较强，但不能很好地激发学生探索规律的积极性，没有真正发挥出对学生思维创新能力的培养功能。

二、学情分析

学生已经学习了电路的基本常识以及电磁感应的相关规律，学会判断回路是否会产生感应电流以及感应电流的方向，而且还掌握了感应电动势的大小与什么因素有关。即已经学会对互感现象的分析，但头脑中没有互感这个概念而已，也没有意识到当通过线圈变化的电流时，线圈本身也会产生电磁感应现象。学习中对自感现象的解释以及分析相关的自感现象是学生遇到的最大挑战。

三、教学目标

（一）知识与技能

1．知道什么是互感现象和自感现象。

2．知道自感系数是表示线圈本身特征的物理量，知道它的单位及其大小的决定因素。

3．知道自感现象的利与弊及对它们的利用和防止。

4．能够通过电磁感应部分知识分析通电、断电自感现象的原因及磁场的能量转化问题。

（二）过程与方法

1．通过对两个自感实验的观察和讨论，培养学生的观察能力和分析推理能力。

2．通过自感现象的利弊学习，培养学生客观全面认识问题的能力。

（三）情感、态度与价值观

自感是电磁感应现象的特例，使学生初步形成特殊现象中有它的普遍规律，而普遍规律中包含了特殊现象的辩证唯物主义观点

四、重点和难点

教学重点

1．自感现象。

2．自感系数。

教学难点

分析自感现象。

五、教学手段与策略

以“验为基础，过程为主线，变式为手段，思维为中心”的教学模式，培养学生提出问题、分析问题和解决问题的能力。

六、课前准备

⒈自感演示仪一套，导线若干；

⒉自制多媒体课件。

七、课时安排： 1课时

八、教学过程

（一）引入新课

提问：在电磁感应现象中，产生感应电流的条件是什么？

引起回路磁通量变化的原因有哪些？

（1）在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连接，当一个线圈中的电流变化时，在另一个线圈中为什么会产生感应电动势呢？

（2）当电路自身的电流发生变化时，会不会产生感应电动势呢？

本节课我们学习这方面的知识。

（二）进行新课

1、互感现象

在法拉第的实验中两个线圈并没有用导线连接，当一个线圈中的电流变化时，在另一个线圈中为什么会产生感应电动势呢？请同学们用学过的知识加以分析说明。

当一个线圈中的电流变化时，它产生的磁场就发生变化，变化的磁场在周围空间产生感生电场，在感生电场的作用下，另一个线圈中的自由电荷定向运动，于是产生感应电动势。

当一个线圈中电流变化，在另一个线圈中产生感应电动势的现象，称为互感。互感现象产生的感应电动势，称为互感电动势。

利用互感现象，可以把能量从一个线圈传递到另一个线圈。因此，互感现象在电工技术和电子技术中有广泛的应用。请大家举例说明。

变压器，收音机里的磁性天线。

2、自感现象

教师：我们现在来思考第二个问题：当电路自身的电流发生变化时，会不会产生感应电动势呢？下面我们首先来观察演示实验。

［实验1］演示通电自感现象。

画出电路图（如图所示），A1、A2是规格完全一样的灯泡。

闭合电键S，调节变阻器R，使A1、A2亮度相同，再调节R1，使

两灯正常发光，然后断开开关S。重新闭合S，观察到什么现象？

（实验反复几次）

现象：跟变阻器串联的灯泡A2立刻正常发光，跟线圈L串

联的灯泡A1逐渐亮起来。现象

提问：为什么A1比A2亮得晚一些？试用所学知识（楞次定律）加以分析说明。

电路接通时，电流由零开始增加，穿过线圈L的磁通量逐渐增加，L中产生的感应电

动势的方向与原来的电流方向相反，阻碍L 中电流增加，即推迟了电流达到正常值的时间。

［实验2］演示断电自感。

画出电路图（如图所示）接通电路，待灯泡A 正常发光。然后断

开电路，观察到什么现象？

现象：S 断开时，A 灯突然闪亮一下才熄灭。

提问：为什么A 灯不立刻熄灭？

当S 断开时，L 中的电流突然减弱，穿过L 的磁通量逐渐减少，L 中产生感应电动势，方向与原电流方向相同，阻碍原电流减小。L 相当于一个电源，此时L 与A 构成闭合回路，故A 中还有一段持续电流。灯A 闪亮一下，说明流过A 的电流比原电流大。

用多媒体课件在屏幕上打出i —t 变化图，如下图所示.

结论：

导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现象叫自感现

象。自感现象中产生的电动势叫自感电动势。

3．自感系数

自感电动势的大小决定于哪些因素呢？请同学们阅读教

材内容。然后用自己的语言加以概括，并回答有关问题。

自感电动势的大小决定于哪些因素？说出自感电动势的大小的计算公式。 自感电动势的大小与线圈中电流的变化率

t

I ??成正比，与线圈的自感系数L 成正比。写成公式为 E =L

t I ??

L 叫自感系数呢，自感系数是用来表示线圈的自感特性的物理量。

实验表明，线圈越大，越粗，匝数越多，自感系数越大。另外，带有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时大得多。

自感系数的单位：亨利，符号H ，更小的单位有毫亨（mH ）、微亨（μH ）

1H=103 mH 1H=106μH

4．磁场的能量

提问：在断电自感的实验中，为什么开关断开后，灯泡的发光会持续一段时间？甚至会比原来更亮？试从能量的角度加以讨论。

学生分组讨论。

师生共同活动：推断出能量可能存储在磁场中。

以上只能是一种推断，电磁场具有能量还需要进一步的实验验证。

教材最后一段说，线圈能够体现电的“惯性”，应该怎样理解？电的“惯性”大小与什么有关？

当线圈通电瞬间和断电瞬间，自感电动势都要阻碍线圈中电流的变化，使线圈中的电流不能立即增大到最大值或不能立即减小为零，因此可以借用力学中的术语，说线圈能够体现电的“惯性”。线圈的自感系数越大，这个现象越明显，可见，电的“惯性”大小决定于线圈的自感系数。

（四）实例探究

自感现象的分析与判断

【例1】如图所示，电路甲、乙中，电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，接通S，使电路达到稳定，灯泡D发光。则（）

A．在电路甲中，断开S，D将逐渐变暗

B．在电路甲中，断开S，D将先变得更亮，然后

渐渐变暗

C．在电路乙中，断开S，D将渐渐变暗

D．在电路乙中，断开S，D将变得更亮，然后渐渐变暗

正确选项为AD

【例2】如图所示，自感线圈的自感系数很大，电阻为零。电键K原来是合上的，在K

断开后，分析：

（1）若R1＞R2，灯泡的亮度怎样变化？

（2）若R1＜R2，灯泡的亮度怎样变化？

（1）因R1＞R2，即I1＜I2，所以小灯泡在K断开后先突然变到某一

较暗状态，再逐渐变暗到最后熄灭。

（2）因R 1＜R 2，即I 1＞I 2，小灯泡在K 断开后电流从原来的I 2突变到I 1（方向相反），然后再渐渐变小，最后为零，所以灯泡在K 断开后先变得比原来更亮，再逐渐变暗到熄灭。

（五）反思总结，当堂检测

教师组织学生反思总结本节课的主要内容，并进行当堂检测。

九、板书设计

§ 4.6互感和自感

一、互感现象

当一个线圈中电流变化，在另一个线圈中产生感应电动势的现象，称为互感。互感现象产生的感应电动势，称为互感电动势。

二、自感现象

导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现象叫自感现象。

三、自感系数

自感现象中产生的电动势叫自感电动势。

公式：E =L t

I ?? L 叫自感系数，是用来表示线圈的自感特性的物理量。

（1）线圈越大，越粗，匝数越多，自感系数越大。

（2）带有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时大得多。

自感系数的单位：亨利，符号H ，更小的单位有毫亨（mH ）、微亨（μH ）

1H=103 mH 1H=106μH

四．磁场的能量

当堂检测

1、无线电技术的发展，极大地方便了人们的生活.在无线电技术中常有这样的要求：一个线圈中电流变化时对另一个线圈中的电流影响最小，如图所示，两个线圈安装位置最符合该要求的是（ ）

①

②③

A.①

B.②

C.③

D.④

2、如图所示电路，线圈L 电阻不计，则

（ ）

A 、S 闭合瞬间，A 板带正电，

B 板带负电

B 、S 保持闭合，A 板带正电，B 板带负电

C 、S 断开瞬间，B 板带正电，A 板带负电

D 、由于线圈电阻不计，电容被短路，上述三种情况电容器两板都不带电

3、在下图电压互感器的接线图中，接线正确的是（ ）

答案：1.D 2.D 3.B

巩固练习

1．下列关于自感现象的说法中，正确的是 （ ）

A ．自感现象是由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象

B ．线圈中自感电动势的方向总与引起自感的原电流的方向相反

C ．线圈中自感电动势的大小与穿过线圈的磁通量变化的快慢有关

D ．加铁芯后线圈的自感系数比没有铁芯时要大

2．关于线圈的自感系数，下面说法正确的是 （ ）

A ．线圈的自感系数越大，自感电动势一定越大

B．线圈中电流等于零时，自感系数也等于零

C．线圈中电流变化越快，自感系数越大

D．线圈的自感系数由线圈本身的因素及有无铁芯决定

3．如图所示，L为一个自感系数大的自感线圈，开关闭合后，小灯能正常发光，那么闭合开关和断开开关的瞬间，能观察到的现象分别是（）

A．小灯逐渐变亮，小灯立即熄灭

B．小灯立即亮，小灯立即熄灭

C．小灯逐渐变亮，小灯比原来更亮一下再慢慢熄灭

D．小灯立即亮，小灯比原来更亮一下再慢慢熄灭

4．如图所示是一演示实验的电路图。图中L是一带铁芯的

线圈，A是一灯泡。起初，开关处于闭合状态，电路是接通的。

现将开关断开，则在开关断开的瞬间，通过灯泡A的电流方向

是从_____端经灯泡到_____端.这个实验是用来演示_____现象

的。

5．如图所示的电路中，灯泡A1、A2的规格完全相同，自感线圈L的电阻可以忽略，下列说法中正确的是（）

A．当接通电路时，A2先亮，A1后亮，最后A2比A1亮

B．当接通电路时，A1和A2始终一样亮

C．当断开电路时，A1和A2都过一会儿熄灭

D．当断开电路时，A2立即熄灭，A1过一会儿熄灭

A2是两只相同的电流表，电感线

6．如图所示电路中，A

圈L的直流电阻与电阻R阻值相等.下面判断正确的是

（）

A．开关S接通的瞬间，电流表A1的读数大于A2的读数

B．开关S接通的瞬间，电流表A1的读数小于A2的读数

C．开关S接通电路稳定后再断开的瞬间，电流表A1的读数大于A2的读数

D．开关S接通电路稳定后再断开的瞬间，电流表A1数等于A2的读数

7．如图所示，L是电感足够大的线圈，其直流电阻可忽略不计，D1和D2是两个相同的灯泡，若将电键S闭合，等灯泡亮度稳定后，再断开电键S，则（）

A．电键S闭合时，灯泡D1、Ｄ2同时亮，然后D1会变暗直到

不亮，D2更亮

B．电键S闭合时，灯泡D1很亮，D2逐渐变亮，最后一样亮

C．电键S断开时，灯泡D2随之熄灭，而D1会亮一下后才熄灭

D．电键S断开时，灯泡D1随之熄灭，而D2会更亮后一下才熄

灭

参考答案：

1．ACD 2．D 3．A 4．b、a、自感（或断电自感）5．C 6．BD 7．AC

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